Tese de Doutorado #255: Alexandre Nascimento

Papel de defeitos topológicos em transformações estruturais em grafeno e grafite

Autor: Alexandre José Medeiros do Nascimento

Banca Avaliadora

Ricardo Wagner Nunes (orientador), Física

UFMG

Daniel Cunha Elias, Física

UFMG

Luiz Gustavo de Oliveira Lopes Cançado, Física

UFMG

Paulo Césr Piquini – DF/UFSM

Roberto Hiroki Miwa

DF/UFU

Orientadores

Ricardo Wagner Nunes (orientador)

Departamento de Física - UFMG

Resumo do Trabalho

Nesta tese, realizamos cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade para investigar a energética, e as propriedades eletrônicas e estruturais de defeitos topológicos em grafeno e grafite. Um estudo dos mecanismos eletrônicos e estruturais foi realizado para determinar a barreira de energia envolvida em um processo fundamental de geração de defeitos topológicos em grafeno “puro”, que envolve a rotação por 90o de uma ligação entre dois átomos de carbono, e leva à formação do defeito conhecido por Stone-Wales (SW), formado por pares adjacentes de anéis pentagonais e heptagonais de átomos de carbono na matriz do grafeno. Investigamos também a evolução morfológica do grafeno, na presença de um defeito Stone-Wales pré-existente, induzida por deformações de cisalhamento homogêneas e também por deformações não homogêneas envolvendo combinações de cisalhamento e contrações e tensões não-homogêneas nas ligações químicas entre átomos de carbono em folhas de grafeno contendo defeito Stone-Wales. Encontramos que a relaxação da folha de grafeno com grandes concentrações iniciais de defeitos SW pode levar a formação de defeitos topológicos estendidos (DTE), com unidades morfológicas muito semelhantes aquelas observadas em experimentos recentes. Nossos cálculos indicam que defeitos SW agem como núcleos de acumulação de “stress” que induzem os eventos de rotação de ligação que geram os DTE. Finalmente, abordamos também a possibilidade de formação, induzida por pressão, de alótropos de grafite baseados nas chamadas redes de defeitos topológicos.